JP3135893B2 - 銅−アルミニウム複合溶射層 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、銅−アルミニウム
複合溶射層に関するものである。本発明が関連する技術
分野は、複合材料、溶射技術、アルミニウム合金摺動材
料及び銅合金摺動材料などである。

【０００２】

【従来の技術】金属系複合材料としては主に金属とセラ
ミックスの複合材料が研究されており、その製造方法は
銅粉とＡｌ₂Ｏ₃粉などの混合粉をプレス成形後焼結する
方法（特許第２８５４９１６号）、セラミックカーボン
にＡｌ合金溶湯を含浸する方法（特許第２８４６６３５
号）などがある。金属と金属の複合組織を有する摺動層
としてはクラッド材がある。溶射技術に関しては、日本
金属学会報まてりあＶｏｌ．３３（１９９４）Ｎｏ．
３、Ｐ２６８〜２７５「溶射技術の最近における進歩」
と題する解説があり、金属−セラミック系複合材料の製
造方法が説明されている。同じく、トライボロジストVo
l４１（１９９６）、No．１１、第１９〜２４頁にも溶
射技術の解説がある。

【０００３】銅−アルミニウム複合材料に属するものと
しては、アルミニウム合金基材中にホワイトメタル並み
の硬度を有する軟質層を分散させたすべり軸受を開示す
る特開平９−１２２９５５号がある。この複合材料の製
造方法は、裏金付きのアルミ合金材からなる平板を供試
する第１工程と、平板の前面にＳｎ，Ｐｂもしくはホワ
イトメタルの軟質材料を厚さ５０〜１００μmで密着す
る第２工程と、軟質材料を密着した上記平板に局所的に
レーザー光を照射することにより軟質材料をアルミ合金
の内部に溶け込ませて軟質合金層を形成する第３工程
と、同平板をそれぞれ半円筒に湾曲する第４工程と、上
記レーザー溶射面をそれぞれ機会加工仕上げしたのち軟
質材料を研削してその内部にアルミ合金と軟質合金層と
の複合層を露出させる第５工程からなる。

【０００４】銅合金のうち特に摺動合金としてはＰｂを
添加して耐凝着性を耐焼付性を良好にしたＣｕ−Ｐｂが
係多用されている。銅合金は耐摩耗性が優れていないた
めに、例えば本出願人の米国特許第５，３２６，３８４
号で提案されているようにＦｅ₂Ｐなどの硬質物を添加
して焼結を行うことが知られているが、硬質物の添加に
よりなじみ性などは劣化することは避けられない。

【０００５】銅合金の摺動材料を溶射する技術は本出願
人の国際公開公報ＷＯ９５／２５２２４で公知であり、
この公報でも銅−硬質系複合材料が開示されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】前掲ＷＯ９５／２５２
２４から溶射技術によりＣｕ−Ｐｂ合金の一部の組織、
特にＰｂ組織を溶射させないことによりＰｂ相を粗大化
させず、もって摺動特性を向上することが提案させたこ
とは言うものの、銅溶射合金を硬化させることにより耐
摩耗性を向上させることは困難である。すなわち、銅合
金の硬化法は主として圧延、引抜などの加工合金につい
ては析出硬化を利用して広く行われているが、基本的に
は鋳造合金である溶射合金を組成の工夫により硬化させ
ることは限界がある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】すなわち、本発明は、銅
もしくは第１の銅合金及びアルミニウムもしくは第１の
アルミニウム合金を含んでなり、前記銅もしくは第１の
銅合金が少なくとも未溶解相を有し、又前記アルミニウ
ムもしくは第１のアルミニウム合金は少なくとも溶解相
とを有する銅−アルミニウム複合溶射層を提供する。銅
又は銅合金（以下「銅合金」と総称する）とアルミニウ
ム又はアルミニウム合金（以下「アルミニウム合金」と
総称する）の複合溶射層とするためには、これら合金の
一部が溶解してバインダーの役割をすることが必要であ
る。別の観点からは、例えば、Ｃｕ−Ｐｂ合金中のＰ
ｂ，Ａｌ−Ｓｉ合金中のＳｉはかなり少量でも他方合金
の基質の特性を阻害して、有用な複合材料にはならない
ので、銅合金とアルミニウム合金の完全溶解を避ける必
要がある。本発明においては、少なくともアルミニウム
合金が溶解していれば、複合組織を形成するためのバイ
ンダー効果は実現される。すなわち、銅とアルミニウム
は本来相性がよい物質であり結合に適するからである。

【０００８】溶射の一般的傾向として（イ）銅合金粉末
とアルミニウム合金粉末の平均粒径が等しい場合はアル
ミニウム合金粉末が溶解し、（ロ）アルミニウム合金粉
末の平均粒径が銅合金粉末より非常に大きい場合は後者
も溶解する。このような傾向を利用することによって、
アルミニウム合金粉末の少なくとも一部が溶解し、残部
が固体粉末の性質を実質的に維持した銅−アルミニウム
複合溶射層を製造することができる。純アルミニウム耐
摩耗性が銅（合金）より優れており、さらにアルミニウ
ム合金は鋳造状態で耐摩耗性が優れた合金が多数あるか
ら、これを銅合金と全面的には合金化はさせずに複合化
することにより、複合溶射層全体の耐摩耗性を銅（合
金）より向上することができる。これらを考慮すると、
銅合金とアルミニウム合金の割合は、重量割合で前者が
８０〜３０％、残部後者であることが好ましい。本発明
において「溶解相」とは当該銅―アルミニウム複合溶射
層の溶射中に溶解した組織である。すなわち、ほとんど
の製造プロセスを辿ると金属材料は溶解を経ているが、
特に溶射中に溶解・凝固した状態であることである。

【０００９】本発明において、銅及びアルミニウム合金
とは溶射することができるすべての合金を包含する。金
属の調質状態を鋳造状態と圧延、引抜などの加工状態に
大別すると、溶射合金は前者の調質状態に属するので、
青銅、鉛青銅、リン青銅などの鋳造銅合金が本発明の対
象になる。一方、電子機器に使用される伸銅品は加工調
質状態の合金であるので、溶射は可能であるが本来の性
能を発揮することはできない。同様に展伸用アルミニウ
ム合金は本発明から除かれ、耐摩耗性が優れたＡｌ−Ｓ
ｉ系鋳造合金などの鋳造アルミニウム合金が本発明の対
象となる。又、本請求項１の第１の銅合金及び第１のア
ルミニウム合金は、それぞれ、溶射により部分的に融合
した第２の銅合金及び第２のアルミニウム合金も包含す
る。すなわち、本発明の複合溶射層は銅合金及びアルミ
ニウム合金が全面的に融合した状態は除外しているが、
部分的に融合してもよい。したがって、かかる実施態様
の複合溶射層は溶射された銅合金,溶射されたアルミニ
ウム合金及び溶射により生成した銅―アルミニウム合金
からなる。以下の説明では,特に断らない限り、銅合金
及びアルミニウム合金とはそれぞれ第１の銅合金及び第
１のアルミニウム合金である。

【００１０】本発明における好ましい複合成分の組合せ
は、銅合金が耐焼付性に優れたＰｂ含有合金であり、か
つアルミニウム合金は耐摩耗性に優れたＳｉ含有合金で
ある。より具体的には、重量百分率で４０％以下のＰｂ
を含有する銅合金と、１２〜６０％Ｓｉ−Ａｌ合金の組
合せである。アルミニウム合金のＳｉ含有量が１２％未
満では耐摩耗性と耐焼付性向上の効果が少なく、６０％
を超えると強度低下が著しく、耐摩耗性の低下を招く。
好ましいＳｉ含有量は１５〜５０％である。Ｓｉ粒子の
寸法が５０μｍを超えるとＳｉ粒子の脱落が起こり易く
なる。好ましい寸法は１〜４０μｍである。この組合せ
に係る銅−アルミニウム複合溶射層全体の組成は、Ｃ
ｕ：８〜８２重量％、Ａｌ：５〜５０重量％，Pb：４０
重量％以下、Ｓｉ：５〜５０重量％であることが好まし
い。

【００１１】本発明において、銅合金は重量百分率で、
４０％以下のＰｂ、３０％以下のＳｎ、０．５％以下の
Ｐ、１５％以下のＡｌ、１０％以下のＡｇ、５％以下の
Ｍｎ、５％以下のＣｒ、２０％以下のＮｉ及び３０％以
下のＺｎからなる群から選択された１種又は２種以上を
総量で０．５％以上、好ましくは１％以上でかつ５０％
以下含有することができる。鉛はドライ条件における摺
動特性を向上する上で最も好ましい元素である。しかし
鉛の含有量が４０％を超えると銅合金の強度が低下する
ので、上限を４０％とすることが必要である。好ましい
鉛含有量は１〜３０％、より好ましくは２〜１５％であ
る。鉛以外の添加元素は主として銅に固溶してその耐摩
耗性と耐焼付性を高めるものである。このなかでＡｇは
潤滑油が少ない条件で顕著に摺動特性を高める。添加量
に関しては、Ｓｎは１０％以上、Ｍｎは１％以上で析出
して析出物が耐摩耗性を高める。Ｓｎが３０％を超え、
Ｐが０．５％を超え、Ａｌが１５％を超え、Ｍｎが５％
を超え、Ｃｒが５％を超え、Ｎｉが２０％を超え、Ｚｎ
が３０％を超えると、銅本来の熱伝導性、鉄もしくはア
ルミニウム系相手材料との良好な摺動特性、耐摩耗性、
耐焼付性が失われる。したがってこれらの元素は上記上
限量を超えないようにする必要がある。好ましい含有量
はＳｎ：０．１〜２０％、Ｐ：０．２〜０．５％以下、
Ａｇ：０．１〜８％、Ｍｎ：０．５〜４％、Ｃｒ：０．
５〜３％、Ｎｉ：０．５〜１５％、Ｚｎ：５〜２５％で
あり、さらに好ましくはＳｎ：０．１〜１５％、Ａｇ：
０．２〜５％、Ｍｎ：０．５〜３％、Ｃｒ：１〜２％、
Ｎｉ：１〜１０％、Ｚｎ：１０〜２０％である。又上記
の理由より添加元素の総量は０．５〜５０％の範囲とす
るべきである。これらの添加元素を含む第１の銅合金
（但し、第２の銅合金は除く）はこれらの元素を固溶し
たＣｕ結晶（すなわちＣｕ固溶体）からなるか、あるい
はＣｕ結晶（Ｃｕ固溶体を含む）とその他の相とからな
るものとする。その他の相とは晶出相、析出相、分解相
などであり、これらの相は金属、金属間化合物、Ｃｕ₃
Ｐなどのその他の化合物などである。すなわち、第１の
銅合金（但し、第２の銅合金を除く）がこれらの化合物
などからのみなると、銅本来の摺動特性が発揮されない
から、上述のようにＣｕ結晶を必須の構成分とすること
が好ましい。但し,第２の銅合金は化合物のみから構成
されてもよい。

【００１２】これらの銅合金を複合した複合溶射層全体
の組成は、重量百分率で、Ｃｕ：８〜８２％，Ａｌ：５
〜５０％，Ｐｂ：４０％以下、Ｓｉ：５〜５０％，Ｓ
ｎ：３０％以下，Ｐ：０．５％以下、Ａｇ：１０％以
下，Ｍｎ：５％以下，Ｃｒ：５％以下，Ｎｉ：２０％以
下，Ｚｎ：３０％以下であることが好ましい。

【００１３】Ａｌ−Ｓｉ−Ｓｎ系合金は耐摩耗・耐焼付
部品としての優れた耐摩耗性と耐焼付性をもつ材料であ
る。Ｓｎは潤滑性やなじみ性を付与する成分であり、均
一にアルミニウムマトリックス中に分散している。又、
Ｓｎは相手軸に優先的に付着して、相手軸に凝着したＡ
ｌと軸受のＡｌとが同種材料どうしで摺動するのを妨げ
て、耐焼付性を高める。Ｓｎ含有量が０．１％未満では
潤滑性などの向上の効果が少なく、３０％を超えると合
金の強度が低下する。好ましいＳｎ含有量は５〜２５％
である。Ｓｎ粒子の極近傍に存在して、Ｓｎ粒子の粗大
化を妨げることにより耐疲労性を向上していると考えら
れる。

【００１４】アルミニウム合金は次の任意元素を含有す
ることができる。 Ｃｕ：Ｃｕがアルミニウムマトリックスに過飽和に固溶
してその強度を高めることによって、アルミニウムの凝
着摩耗や、Ｓｉ粒子が脱落することによる摩耗を抑え
る。さらにＣｕはＳｎの一部とＳｎ−Ｃｕ金属間化合物
を生成して耐摩耗性を高める。しかしながら、Ｃｕの含
有量が７．０％を超えると合金が硬化し過ぎるために摺
動部材として不適当になる。好ましいＣｕ含有量は０．
５〜５％である。 Ｍｇ：ＭｇはＳｉの一部と化合してＭｇ−Ｓｉ金属間化
合物を生成して耐摩耗性を高める。しかしながらＭｇの
含有量が５．０％を超えると、粗大なＭｇ相が生成して
摺動特性が劣化する。 Ｍｎ：Ｍｎはアルミニウムマトリックスに過飽和に固溶
してその強度を高めることによってＣｕと同様の効果を
もたらす。しかしながら、Ｍｎの含有量が１．５％を超
えると合金が硬化し過ぎるために摺動部材として不適当
になる。好ましいＭｎ含有量は０．１〜１％である。 Ｎｉ：Ｎｉはアルミニウムマトリックスに過飽和に固溶
してその強度を高めることによってＣｕと同様の効果を
もたらす。しかしながら、Ｎｉの含有量が８％を超える
と合金が硬化し過ぎるために摺動部材として不適当にな
る。好ましいＮｉ含有量は０．１〜５％である。これら
の添加元素を含む第１のアルミニウム合金（但し、第２
のアルミニウム合金は除く）はこれらの元素を固溶した
Ａｌ結晶（すなわちＡｌ固溶体）からなるか、あるいは
Ａｌ結晶（Ａｌ固溶体を含む）とその他の相とからなる
ものとする。その他の相とは晶出相、析出相、分解相な
どであり、これらの相は金属、金属間化合物、その他の
化合物などである。すなわち、第１のアルミニウム合金
（但し第２のアルミニウム合金は除く）がこれらの化合
物などからのみなると、アルミニウム合金のバインダー
作用が発揮されないから、上述のようにＣｕ結晶を必須
の構成分とすることが好ましい。但し,第２のアルミニ
ウム合金は化合物のみから構成されてもよい。

【００１５】この銅−アルミニウム複合溶射層の全体の
組成は、重量百分率で、Ｃｕ：８〜８２％，Ａｌ：５〜
５０％，Ｐｂ：４０％以下、Ｓｉ：１２〜６０％，Ｓ
ｎ：３０％以下，Ｍｇ：５％以下，Ｍｎ：５％以下，Ｆ
ｅ：１．５％以下，Ｃｒ：５％以下，及びＮｉ：２０％
以下であることが好ましい。

【００１６】本発明の銅−アルミニウム複合溶射層の組
織の特徴を説明する前に、溶射層金属組織の一般的特徴
点を述べるが、これはアトマイズなどの粉末が溶融、凝
固した組織である。一つの形態では、溶射フレーム中で
溶融し生じた液滴が、基板表面に衝突して変形され、層
断面で見ると、層状、片状もしくは平板状部分が、層平
面で見ると小円盤、鱗状片などが積み重なっている。さ
らに別の形態では、アトマイズなどの粉末はガスにより
フレーム内へ圧送されるときは、１個１個がばらまかれ
た孤立粒子の形態を保っており、一部は合体するが、そ
のままの形態で溶融すると考えられる。溶融液滴は基材
に衝突して凝固するが、溶射層の厚みを薄くして冷却を
速くすると１個又は数個の液滴が、他の多数の液滴と融
合などにより合体せずに、独立粒子として凝固する。こ
のように比較的小さい液滴が押しつぶされ、全体として
多数の微細層状片が積み重なって、溶射層が作られる。
又、他の形態では液滴が合体し大きな層になって凝固す
る。

【００１７】本発明においては、銅合金粉末が少なくと
も溶射中に溶解しないで溶射層に含まれており、アルミ
ニウム合金の溶解相と銅合金粉末の未溶解相の混合組織
が形成されている。この組織を構成する銅合金粉末の未
溶解相は、銅合金粉の組織が溶射炎中でも消失せずに溶
射層に残っているものである。したがって溶解相とは前
段落で説明したような形態をもつ通常の溶射溶解組織、
すなわち溶射中に溶解した組織であり、未溶解相とは溶
射中に溶解しない組織である。未溶解相は前段落で述べ
たような形態の一部を、以下例示するように、欠如して
いるかあるいは形態が顕著でないので溶解相とは光学顕
微鏡で区別することができる。 溶解相は合体し溶融し、未溶解相は合体しない。 溶解相は衝突による変形が大きく、未溶解相は衝突に
よる変形が小さい。 Ｃｕ−Ｐｂなどの合金の場合は、二次相を構成するＰ
ｂに着目すると溶解相と未溶解相を区別することができ
ることがある。 溶射層のＡｌ合金相が同じような形態のパターンから
構成されるために、上記〜による判別が困難なこと
もある。この場合、結晶粒界の判別が不可能であり、一
見して連続相状に見え、かつ二次相も一様な形態をもつ
場合は、溶解組織であると判定 できる。 溶射層のＡｌ合金相が、同じ形態の粒子からなる場合
はアトマイズ粉、粉砕粉、電解粉などの公知の粉末形態
と対比し、これらに該当する場合は未溶解組織であると
判断できる。 銅（合金）粉末とアルミニウム合金粉末の一部が融合
し、その後アルミニウム基地からＣｕ系二次相が分散す
る。これは本発明で言う第２のアルミニウム合金の溶解
相である。なお、この二次相は他の組織から簡単に識別
される。 一部の銅（合金）粉末が溶融し,アルミニウムを取り
込み、その後銅基地からＡｌ系二次相が析出分散する場
合は,かかる組織は第２の銅合金の溶解相である。又、
取り込まれたアルミニウムが固溶状態に留まっている場
合も、第２の銅合金の溶解相である。銅（合金）は必ず
未溶解組織が存在するので、銅（合金）の溶解組織を未
溶解組織から区別することは容易である。

【００１８】これらの組織をもつ銅―アルミニウム複合
溶射層の構成各合金相の特性をＣｕ−Ｐｂ合金及びＡｌ
−Ｓｉの例について説明する。未溶解Ｃｕ合金はアト
マイズなどの銅合金粉末中の微細Ｐｂ相が、溶射層中に
残存して摺動特性向上に寄与し、さらに（溶解しあるい
は溶解しない）Ａｌ合金の成分、すなわちＡｌ，Ｓｉな
どがＣｕ合金に溶解すると銅本来の凝着し難い性質を弱
めることもあるが、これを阻止することができる。溶
解Ｃｕ−Ｐｂ合金は、ＣｕとＰｂが溶融・凝固する際に
Ｐｂ相が粗大化し、溶融Ｃｕ、ＰｂとＡｌ−Ｓｉ合金粉
末の間で起こる反応によりＡｌ−Ｓｉ合金粉末が結合さ
れる。この際にこの粉末の表面が溶融されることが多
い。溶解Ａｌ合金は、溶射層中において、従来の溶製
合金の初晶Ｓｉや圧延合金のＳｉ粒子で見られるよう
な、一方向の明らかに長い方向性があるような粒子形状
ではなく、どの方向でもほとんど同じ寸法の球状、塊
状、多角形、その他これらに分類されない不定形形状で
ある粒状Ｓｉが分散している。さらに、従来の溶製合金
では判然としている初晶Ｓｉと共晶Ｓｉの区別は本発明
の場合はつけにくい。このようなＳｉ組織のために耐摩
耗性の向上が大きい。又、溶融Ａｌ−Ｓｉ合金粉末とＣ
ｕ−Ｐｂ合金粉末との間で起こる反応により、後者の粉
末が結合される。

【００１９】続いて、溶射による複合摺動層の形成法を
具体的に説明する。本発明においては、前掲トライボロ
ジストの第２０頁、図２に掲載されている各種溶射法を
採用することができるが、中でも高速ガス火炎溶射法
（HVOF, High velocity oxyfuel）を好ましく採用する
ことができる。この方法は同第２０頁右側欄第４〜１３
行に記載された特長を有しているので、特徴があるＳｉ
及びＳｎ粒子形態が得られると考えられる。溶射された
Ａｌは急冷凝固により硬化しているために、Ｓｉ粒子の
保持力が高い特長を有し、このためにＳｉ粒脱落による
摩耗を抑えることができる溶射粉末としてはＣｕ−Ｐｂ
合金、Ａｌ−Ｓｉ合金、Ａｌ−Ｓｉ−Ｓｎ合金などのア
トマイズ粉末を使用することができる。溶射条件として
は、酸素圧力０．４５〜０．７６ＭＰａ、燃料圧力０．
４５〜０．７６ＭＰａ、溶射距離５０〜２５０ｍｍが好
ましい。溶射層の厚さは１０〜５００μｍが好ましい。

【００２０】続いて本発明の組織をもつ複合溶射層を作
るための方法として平均粉末粒径調整法を示す。一つの
平均値の周りに正規分布を示す粒度をもつ銅合金粉末と
同様のアルミニウム合金粉末を混合する例を表１に示
す。

【００２１】

【表１】

【００２２】次表では微粉Ｃｕ−Ｐｂと粗粉Ａｌ−Ｓｉ
の組合わせを選択すると銅合金の溶解量を多くすること
ができる。一般に硬質材料と軟質材料を複合した材料の
硬さはこれらの中間になるが、本発明の複合溶射層で
は、銅合金とアルミニウム合金の反応相が生成すること
があるために、両者よりも硬さの平均値が高くなる。

【００２３】

【表２】

【００２４】溶射層を形成する基板としては、鉄、銅、
アルミニウムなどの各種金属基板を使用することができ
る。基板の形状は、板状、円盤状、管状など任意であ
る。基板の表面はショットブラストなどにより、好まし
くはＲｚ１０〜６０μｍの表面粗さに粗面化しておく
と、膜の密着強度が高くなる。溶射層には熱処理を施し
て硬さを調整することができる。なお、この際一部の組
織が溶解してもよい。

【００２５】上記した銅−アルミニウム複合溶射層、重
量百分率で、３０％以下、好ましくは１〜１０％のＡｌ
₂Ｏ₃、ＳｉＯ₂、ＳｉＣ、ＺｒＯ₂、Ｓｉ₃Ｎ₄、ＢＮ、Ａ
ｌＮ、ＴｉＮ、ＴｉＶ、Ｂ、Ｃ、鉄−リン化合物、鉄−
リン化合物、鉄−ホウ素化合物、鉄−窒素化合物からな
る群から選択された1種又は2種以上の化合物を耐摩耗性
向上成分として添加することができる。これらの成分の
添加量が３０％を超えると、潤滑性、なじみ性が不良と
なり、その結果焼付が起こり易くなる。

【００２６】さらに又、本発明においては、重量百分率
で３０％以下の黒鉛を含有することができる。黒鉛は潤
滑性を向上させ、摺動層の割れを防止する添加剤であ
る。黒鉛の含有量が３０％を超えると、溶射層の強度が
低下し好ましくない。なお好ましい黒鉛の含有量は１．
５から１５％である。

【００２７】本発明においては、溶射層の密着性を高め
るために、溶射層と基材の間に、銅、ニッケル、アルミ
ニウム、銅ニッケル系合金、ニッケルアルミ系合金、銅
アルミ系合金、銅スズ系合金、ニッケル自溶合金及びコ
バルト自溶合金からなる群より選択された1種又は２種
以上の材料からなる中間層をめっき、スパッタリング、
溶射等の方法により形成することが好ましい。これらの
材料はいずれも、それらの表面が粗なことが必要である
が、青銅と合金化し易いために、溶射の際に（未）溶解
層と強固に結合して溶射層と裏金との接合強度を高め
る。なお好ましい中間層の厚みは５〜１００μｍであ
る。銅−スズ合金としてはＣｕ−Ｓｎ−Ｐ系合金を使用
することができる。この合金は湯流れが良くかつ酸化さ
れ難いので、溶射により中間層とすると優れた性能が得
られる。

【００２８】上記した溶射表面層を、Ｐｂ、Pｂ合金、
Ｓｎ又はＳｎ合金めっきなどの軟質金属層で被覆する
と、これらは急速に摩耗して良好ななじみ面を作るため
に、その後の摩耗が起こり難しくなる。軟質金属層は、
例えば主としてＰｂとＳｎからなるめっき層である。さ
らに、上記した溶射表面層をMｏＳ₂もしくは黒鉛あるい
はMｏＳ₂と黒鉛の混合物を含み、これらを樹脂バインダ
ー結合した皮膜で被覆することもできる。これらの被覆
層の厚さは１〜５０μｍであることが好ましい。以下、
実施例により本発明の方法をより詳しく説明する。

【００２９】

【実施例】実施例１ ６０重量％のＣｕ−１０ｗｔ％Ｐｂ−１０ｗｔ％Ｓｎ合
金アトマイズ粉末（平均粒径３０μm）と４０重量％の
アルミニウム合金アトマイズ粉末（但し、Ａ２０２４ア
ルミニウム合金に４０ｗｔ％Ｓｉを添加した合金のアト
マイズ粉、平均粒径１００μm））を混合し、市販の純
アルミニウム圧延板にスチールグリッド(寸法０．７ｍ
ｍ)によるショットブラストを施し、表面を粗さRz４５
μmに粗面化した基材に厚さ２５０μｍに溶射した。溶
射には、ＨＶＯＦ型溶射機（スルザーメテコ社製DJ）を
使用し、下記条件で溶射を行った。 酸素圧力：１５０ｐｓｉ 燃料圧力：１００ｐｓｉ 溶射距離：１８０ｍｍ 溶射厚さ：２５０μm この溶射層の硬さはＨｖ２６０−３００であった。又、
全体の組成は、重量百分率で３６％Ｃｕ，３１％Ａｌ，
３％Ｐｂ，２２％Ｓｉ，４％Ｓｎ，残部不純物であっ
た。

【００３０】実施例１及び比較例１の溶射合金を次の方
法で耐摩耗性試験に供した。耐摩耗性試験方法 直径が８ｍｍの鋼球（ＳＵＪ２）を１ｋｇｆの荷重で試
験片の溶射層に押付け、０．５mm／秒の速度でかつドラ
イ条件で摺動させた。試験の結果は表３に示す。

【００３１】実施例２ 実施例１の銅合金アトマイズ粉に代えて、Ｃｕ−２４ｗ
ｔ％Ｐｂ−４ｗｔ％Ｓｎ合金アトマイズ粉末を使用した
ほかは実施例１と同様に溶射を行った。なお、実施例１
と同様の耐摩耗性試験の結果を表３に示す。この溶射層
の硬さはＨｖ２２０−２８０であった。又、全体の組成
は、重量百分率で３６％Ｃｕ，３２％Ａｌ，７％Ｐｂ，
２３％Ｓｉ，２％Ｓｎ，残部不純物であった。

【００３２】実施例３ ７５重量％のＣｕ−１０ｗｔ％Ｐｂ−４ｗｔ％Ｓｎ合金
アトマイズ粉末（平均粒径６０μｍ）と２５重量％のア
ルミニウム合金アトマイズ粉末（但し、Ａ２０２４アル
ミニウム合金に４０ｗｔ％Ｓｉを添加した合金のアトマ
イズ粉、平均粒径１００μｍ））を混合し、実施例１と
同様な条件で溶射した。溶射層の表面をエッチングしな
いで観察した顕微鏡組織を図１に、グラード液（塩化第
二鉄５ｇ、塩酸１００ｃｃ、水１００ｃｃ）で５秒間エ
ッチングした表面組織は図２に示し、又断面をエッチン
グしないで観察した顕微鏡組織を図３に、グラード液で
エッチングした断面組織は図４に示す。すなわち、銅合
金粉末は形態から判断してアトマイズ粉末の形態を残し
ている塊状部分第１の銅合金（未溶解相）と、これが消
失して溶射時に溶解したアルミニウム合金と一緒に晶出
した部分（第２の銅合金）がある。一方アルミニウム合
金は粉末形態をほとんど残していない。アルミニウム合
金相は銅合金相を網状もしくは片状に晶出させる基地
（第１のアルミニウム合金溶解相）となっているので、
アルミニウム合金はほぼ完全に溶融し、溶解した銅と反
応し、Ｃｕ−Ａｌ化合物（第２の銅合金）として晶出し
たものと判断される。この溶射層の硬さはＨｖ２００−
２６０であった。又、全体の組成は、重量百分率で４５
％Ｃｕ，２７％Ａｌ，６％Ｐｂ，１６％Ｓｉ，６％Ｓ
ｎ，残部不純物であった。

【００３３】実施例４ 実施例３の銅粉に代えてＣｕ−２４ｗｔ％Ｐｂ−４％Ｓ
ｎ合金アトマイズ粉末（平均粒径６０μm）を使用した
ほかは実施例３と同じ条件で溶射を行った。なお、実施
例１と同様の耐摩耗性試験の結果を表３に示す。この溶
射層の平均硬さはＨｖ９０−２６０であった。又、全体
の組成は、重量百分率で４２％Ｃｕ，２６％Ａｌ，１３
％Ｐｂ，１７％Ｓｉ，２％Ｓｎ，残部不純物であった。

【００３４】実施例５ 実施例３の平均粒径６０μmの銅合金アトマイズ粉末に
代えて平均粒径３０μmの銅合金アトマイズ粉、及びＡ
２０２４アルミニウム合金に２０ｗｔ％Ｓｉを添加した
合金のアトマイズ粉を使用したほかは実施例３と同じ条
件で溶射を行った。なお、実施例１と同様の耐摩耗性試
験の結果を表３に示す。この溶射層の平均硬さはＨｖ２
２０−２６０であった。又、全体の組成は、重量百分率
で５７％Ｃｕ，２６％Ａｌ，５％Ｐｂ，５％Ｓｉ，６％
Ｓｎ，残部不純物であった。

【００３５】実施例６ 実施例５の銅粉(すなわち、Ｃｕ−１０ｗｔ％Ｐｂ−１
０ｗｔ％Ｓｎ合金アトマイズ粉末)に代えてＣｕ−２４
ｗｔ％Ｐｂ−１０％Ｓｎ合金アトマイズ粉末（平均粒径
３０μm）を使用したほかは実施例３と同じ条件で溶射
を行った。なお、実施例１と同様の耐摩耗性試験の結果
を表３に示す。この溶射層の硬さはＨｖ１９０−２４０
であった。又、全体の組成は、重量百分率で５０％Ｃ
ｕ，３２％Ａｌ，９％Ｐｂ，７％Ｓｉ，２％Ｓｎ，残部
不純物であった。

【００３６】比較例１ 実施例１の銅合金粉末のみを実施例１と同様な方法で溶
射した。なお、実施例１と同様の耐摩耗性試験の結果を
表３に示す。この溶射層の硬さはＨｖ１８０−２１０で
あった。

【００３７】比較例２ 実施例１のアルミニウム合金のみを実施例１と同様な方
法で溶射した。なお実施例１と同様の耐摩耗性試験効果
を表３に示す。この溶射層の硬さはＨｖ２１０−２３０
であった。

【００３８】

【表３】

【００３９】実施例７ 実施例１の溶射層の上に厚さが５μｍの９０％Ｐｂ−１
０％Ｓｎめっき層を形成した。この溶射層及び実施例１
の溶射層を次の方法により摩耗試験に供した。試験の結
果を図５に示す。これらの実施例の結果を比較すること
により、Ｐｂ−Ｓｎめっき層は摩耗量の増加速度を低減
することが分かる。

【００４０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る溶射
による銅（合金）−アルミニウム（合金）複合溶射層は
アルミニウム（合金）もしくは銅（合金）溶射層に比べ
て耐摩耗性を著しく高める。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明実施例３における複合溶射層の表面組
織をエッチングしないで観察した顕微鏡写真である。

【図２】 本発明実施例３における複合溶射層の表面組
織をエッチングして観察した顕微鏡写真である。

【図３】 本発明実施例３における複合溶射層の断面組
織をエッチングしないで観察した顕微鏡写真である。

【図４】 本発明実施例３における複合溶射層の断面組
織をエッチングして観察した顕微鏡写真である。

【図５】 本発明実施例７の摩擦試験の結果を示すグラ
フである。

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C23C 4/06 C22C 9/00 C22C 9/08 C22C 21/00

Claims (20)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 銅もしくは第１の銅合金及びアルミニウ
   ムもしくは第１のアルミニウム合金を含んでなり、前記
   銅もしくは第１の銅合金が少なくとも未溶解相を含んで
   なり、さらに前記アルミニウムもしくは第１のアルミニ
   ウム合金が少なくとも溶解相を含んでなることを特徴と
   する銅−アルミニウム複合溶射層。
2. 【請求項２】 前記第１の銅合金が溶解相をさらに含
   み、この溶解相が、前記アルミニウムもしくは第１のア
   ルミニウム合金の成分を含有し、溶射により生成した第
   ２の銅合金からなる請求項１記載の銅−アルミニウム複
   合溶射層。
3. 【請求項３】 前記第１のアルミニウム合金の溶解相
   が、前記銅もしくは第１の銅合金の成分を含有し、溶射
   により生成した第２のアルミニウム合金を含む請求項１
   又は２記載の銅−アルミニウム複合溶射層。
4. 【請求項４】 主要組織が、銅もしくは第１の銅合金の
   未溶解相及びアルミニウムもしくは第１のアルミニウム
   合金の溶解相からなることを特徴とする請求項１記載の
   銅−アルミニウム複合溶射層。
5. 【請求項５】 さらに銅もしくは第１の銅合金の溶解相
   及びアルミニウムもしくは第１のアルミニウム合金の未
   溶解相の少なくとも一方を有する請求項４記載の銅−ア
   ルミニウム複合溶射層。
6. 【請求項６】 第１の銅合金の未溶解相、第１のアルミ
   ニウム合金の溶解相、溶解した第１の銅合金及び溶解し
   た第１のアルミニウム合金から溶射により生成された第
   ２の銅合金相を含んでなる銅−アルミニウム複合溶射
   層。
7. 【請求項７】 前記第１の銅合金がＰｂを含有し、かつ
   前記第１のアルミニウム合金がＳｉを含有する請求項１
   から６までの何れか１項記載の銅−アルミニウム複合溶
   射層。
8. 【請求項８】 前記第１の銅合金がＰｂを４０重量％以
   下含有し、さらに前記第１のアルミニウム合金がＳｉを
   １２〜６０重量％含有することを特徴とする請求項７記
   載の銅−アルミニウム複合溶射層。
9. 【請求項９】 全体の組成が、Ｃｕ：８〜８２重量％、
   Ａｌ：５〜５０重量％，Ｐｂ：４０重量％以下、Ｓｉ：
   ５〜５０重量％であることを特徴とする請求項８の銅−
   アルミニウム複合溶射層。
10. 【請求項１０】 前記第１のアルミニウム合金が、３０
    重量％以下のＳｎ、７．０重量％以下のＣｕ、５．０重
    量％以下のＭｇ、１．５重量％以下のＭｎ、１．５重量
    ％以下のＦｅ、８重量％以下のＣｒ、及び８．０重量％
    以下のＮｉからなる群の少なくとも１種の元素をさらに
    含有することを特徴とする請求項８記載の銅−アルミニ
    ウム複合溶射層。
11. 【請求項１１】 全体の組成が、Ｃｕ：８〜８２重量
    ％、 Ａｌ：５〜５０重量％，Ｐｂ：４０重量％以下、
    Ｓｉ：５〜５０重量％，Ｓｎ：３０重量％以下，Ｍｇ：
    ５重量％以下，Ｍｎ：５重量％以下，Ｆｅ：１．５重量
    ％以下，Ｃｒ：５重量％以下，Ｎｉ：２０重量％以下、
    及びＺｎ：３０重量％以下であることを特徴とする請求
    項１０記載の銅−アルミニウム複合溶射層。
12. 【請求項１２】 前記第１の銅合金が３０％重量以下の
    Ｓｎ、０．５％重量以下のＰ、１５％重量％以下のＡ
    ｌ、１０重量％以下のＡｇ、５％重量以下のＭｎ、５重
    量％以下のＣｒ，２０重量％以下のＮｉ及び３０重量％
    以下のＺｎからなる群から選択された１種又は２種以上
    を、０．５〜５０重量％の範囲でさらに含有することを
    特徴とする請求項８記載の銅−アルミニウム複合溶射
    層。
13. 【請求項１３】 全体の組成が、Ａｌ：１５〜５０重量
    ％，Ｃｕ：８〜５０重量％，Ｐｂ：４０重量％以下、Ｓ
    ｉ：５〜５０重量％，Ｓｎ：３０重量％以下、Ｐ：０．
    ５重量％以下，Ａｇ：１０重量％以下，Ｍｎ：５重量％
    以下，Ｃｒ：５重量％以下，Ｎｉ：２０重量％以下，Ｚ
    ｎ：３０重量％以下であることを特徴とする請求項１２
    記載の銅−アルミニウム複合溶射層。
14. 【請求項１４】 前記第１の銅合金（但し第２の銅合金
    を除く）の少なくとも一部がＣｕ結晶からなり、かつ前
    記第１のアルミニウム合金（但し第２のアルミニウム合
    金は除く）の少なくとも一部がＡｌ結晶からなる請求項
    １２又は１３記載の銅−アルミニウム複合溶射層。
15. 【請求項１５】 さらに３０重量％以下の黒鉛粒子を含
    むことを特徴とする請求項７から１４までのいずれか１
    項記載の銅−アルミニウム複合溶射層。
16. 【請求項１６】 さらに３０重量％以下のＡｌ₂Ｏ₃、Ｓ
    ｉＯ₂、ＳｉＣ、ＺｒＯ₂、Ｓｉ₃Ｎ₄、ＢＮ、ＡｌＮ、Ｔ
    ｉＮ、ＴｉＣ、Ｂ₄Ｃ、ならびに鉄−リン、鉄−ホウ
    素、鉄−窒素の鉄系化合物からなる群から選択された1
    種又は2種以上を含むことを特徴とする請求項１から１
    ５までのいずれか1項記載の銅−アルミニウム複合溶射
    層。
17. 【請求項１７】 軟質金属層で被覆したことを特徴とす
    る請求項１から１６までのいずれか１項記載の銅−アル
    ミニウム複合溶射層。
18. 【請求項１８】 前記軟質金属層がＰｂ、Pｂ合金、Ｓ
    ｎ又はＳｎ合金めっきである請求項１７記載の銅−アル
    ミニウム複合溶射層。
19. 【請求項１９】 前記軟質金属層が主としてＰｂとＳｎ
    からなるめっき層である請求項１８記載の銅−アルミニ
    ウム複合溶射層。
20. 【請求項２０】 前記溶射表面層をMｏＳ₂もしくは黒鉛
    あるいはMｏＳ₂と黒鉛の混合物を含む皮膜で被覆したこ
    とを特徴とする請求項１から１６までのいずれか１項記
    載の銅−アルミニウム複合溶射層。